二維斑點追蹤成像技術評價冠狀動脈慢血流患者左室心肌分層應變

邢雨蒙 史 靜 顏 彥 李 清 陳海燕 舒先紅, 潘翠珍,,3

(1復旦大學附屬中山醫院心臟超聲診斷科 上海 200032; 2上海市心血管病研究所 上海 200032;3上海市影像醫學研究所 上海 200032)

冠狀動脈慢血流(coronary slow flow,CSF)是指冠狀動脈造影(coronary angiography,CAG)顯示冠狀動脈主要分支血管遠端出現灌注延遲,但該血管無明顯狹窄性病變,表現為正常或接近正常[1]。由于CSF患者血流灌注緩慢,且正常情況下3層心肌(心內膜下、中層和心外膜下)肌纖維分布和排列各不相同[2],CSF可能對不同心肌層造成不同程度的心肌缺血、從而導致不同程度的損傷。但目前國內外鮮有針對CSF患者左室心肌功能進行逐層觀察的研究報道。本研究旨在應用二維斑點追蹤技術(two-dimensional speckle tracking echocardiography,2D-STE)評估CSF患者左室各層心肌收縮期應變特點,研究分層應變評估CSF患者心肌早期收縮功能異常的準確性及臨床價值。

資 料 和 方 法

研究對象收集2015年3月至2017年6月在復旦大學附屬中山醫院經CAG確診的CSF患者41例(CSF組),男28例,女13例。納入標準:(1)存在胸悶、胸痛等典型或不典型心絞痛癥狀;(2)造影顯示冠狀動脈無狹窄但存在血流灌注緩慢:校正的心肌梗死溶栓血流幀數法(corrected TIMI frame count,cTFC)存在至少1支及以上冠脈血管cTFC>27幀[3]。同一時期選取年齡與CSF組相匹配且CAG結果完全正常者59例(設為對照組),男39例,女20例。

排除標準:(1)合并嚴重心力衰竭、冠狀動脈瘤擴張、心臟瓣膜結構功能失調、先天性心臟病、心律失常等;(2)冠狀動脈夾層、動脈畸形、心肌橋等;(3)有甲亢、心肌梗死、腦卒中或難治性高血壓病史等;(4)血液系統功能紊亂、嚴重肺、肝、腎功能不全或重度營養不良;(5)合并惡性腫瘤、感染、免疫系統缺陷等。

儀器和方法選用GE Vivid E9彩色超聲診斷儀(M5s探頭,頻率1.7～3.3 MHz,美國GE公司)。囑患者左側臥位,于胸前貼電極片并連接心電圖,待呼吸平穩后,檢查者于6個切面觀(心尖左室長軸、四腔、兩腔以及二尖瓣、乳頭肌、心尖水平左室短軸)采集清晰的動態二維超聲圖,每個切面觀連續采集5個心動周期,存盤供脫機分析。

常規超聲心動圖 于舒張期末和收縮期末,分別在心尖四腔和心尖兩腔切面觀勾勒出左室心內膜邊界,運用雙平面Simpson法獲取左室收縮末容積(left ventricular end systolic volume,LVESV),左室舒張末容積(left ventricular end diastolic volume,LVEDV)及左室射血分數(left ventricular ejection fraction,LVEF)。并于標準胸骨旁左室長軸切面觀測量舒張期末室間隔厚度(interventricular septum thickness diastolic,IVSTd)和左室后壁厚度(left ventricular posterior wall thickness at end-diastole,LVPWTd)。

心肌分層應變的脫機分析 選中 Echo Pac軟件中的Q-analysis選項,打開2D-strain界面,系統根據操作者描記的上述6個切面觀的左室心內膜輪廓自動追蹤并生成感興趣區(region of interest,ROI),適當調整ROI寬度以保證分析效果。軟件根據ROI范圍將左心室壁心肌自動劃分為內、中、外3層,記錄上述6個切面觀相應各節段的分層應變參數,通過分別計算左室長軸3個切面觀心肌整體縱向分層應變(global longitudinal strains,GLS)和短軸3個切面觀心肌整體環向分層應變(global circumferential strains,GCS)的平均值,獲得左室3層GLS和GCS,計算其相應外膜與內膜應變間的差值,得到相應跨壁應變梯度△GLS、△GCS。所有分層應變參數均取3個不同心動周期分析結果的平均值。所有圖像的分析由2名醫師分別進行。

慢血流數據的分析處理 在分析兩組冠狀動脈造影結果差異時,因為左前降支(left anterior descending branch,LAD)比左回旋支(left circumflex artery,LCX)和右冠狀動脈(right coronary artery,RCA)長,根據上述Gibson等[3]推薦的方法將其TFC除以1.70,得到LAD校正后的TFC,用cLAD表示。冠狀動脈平均TIMI幀數值(mean TIMI frame count,mTFC)由cLAD、LCX、RCA三者TFC之和除以3得到[4]。

結 果

一般臨床資料及冠脈造影結果比較一般臨床資料諸如年齡、性別、體重、身高、心率(heart rate,HR)、舒張壓(diastolic blood pressure,DBP)、收縮壓(aystolic blood pressure,SBP)、體表面積(body surface area,BSA)、體重指數(body mass index,BMI),CSF組和對照組間差異無統計學意義。兩組的冠狀動脈造影結果差異有統計學意義(P<0.001,表1)。

CharacteristicsCSF (n=41)Control (n=59)PGender (F/M)13/2820/390.828 Age (y)57.42±6.8854.83±8.220.118HR (bpm)67.28±10.1168.75±10.010.491SBP (mmHg)117.69±12.29113.29±11.510.081DBP (mmHg)76.03±7.0872.85±9.250.080Height (cm)166.50±8.03168.51±7.220.211Weight (kg)68.08±9.1468.31±9.670.912BMI (kg/m2)24.50±2.4924.06±3.090.470BSA (m2)1.78±0.971.78±0.140.869TFC cLAD42.39±11.7719.98±2.10<0.001LCX36.33±8.44 20.36±2.33<0.001RCA44.81±14.32 19.95±2.35<0.001Mean TFC48.93±13.71 20.11±1.24<0.001

1 mmHg=0.133 kPa.

常規超聲心動圖參數比較比較兩組間常規超聲心動圖參數IVSTd、LVPWTd、LVEDV、LVESV、LVSV、LVEF,差異無統計學意義(表2)。

CharacteristicsCSF (n=41)Control (n=59)PIVSTd (mm)9.81±0.929.51±0.880.120LVPWTd (mm) 9.33±1.079.46±1.020.573LVEDV (mL)78.33±17.0183.49±17.640.164LVESV (mL)29.69±6.9131.03±7.210.375LVSV (mL/m2)48.64±10.8752.46±11.170.106LVEF (%)62.53±2.8362.97±2.920.475

左室心肌縱向和環向分層應變參數比較左室3層心肌(心內膜下層、中層、心外膜下層)GLS和GCS,CSF組與對照組均存在由內向外逐級遞減的梯度特征。CSF組左室3層心肌GLS及跨壁應變梯度△GLS均較對照組減低,差異有統計學意義(P<0.05),其中以心內膜下層GLS和跨壁應變梯度△GLS降低更為顯著(P<0.001),GCS及跨壁應變梯度△GCS與對照組之間差異無統計學意義(圖1,表3)。

GLS for the apical left ventricular long axis.

圖1CSF組和對照組的左室心肌二維應變參數圖
Fig1Leftventricular2DstrainparametersofCSFandcontrolgroup

ParametersCSF (n=41)Control (n=59)PGLS Endocardial-20.69±3.13-23.25±2.93<0.001 Mid-Layer-19.03±2.83-20.37±2.720.025 Epicardial-16.32±2.47-17.88±2.570.005GCS Endocardial-33.63±5.58-33.84±4.58 0.842 Mid-Layer-20.27±2.83-20.36±3.400.893 Epicardial-11.98±2.45-12.11±2.860.822△GLS-4.37±1.11 -5.37±0.84<0.001△GCS -21.65±5.16-21.80±3.440.865

預測CSF應用ROC曲線計算分層應變參數預測CSF左室收縮功能的AUC,結果顯示左室3層心肌GLS以及△GLS減低均能預測CSF左室收縮功能(P<0.05);其中△GLS的AUC最大(AUC=0.766,P<0.001),在截斷值為-4.87%時,靈敏度為66.7%,特異度為76.3%(圖2)。

重復性檢驗觀察者內左室心內膜下層、中層、心外膜層心肌GLS的ICC值分別為0.95、0.92、0.91,左室3層心肌GCS的ICC值分別為0.92、0.88、0.91;觀察者間左室3層心肌GLS的ICC值分別為0.88、0.87、0.83,左室3層心肌GCS的ICC值分別為0.91、0.84、0.88。觀察者內和觀察者間左室3層心肌GLS、GCS的Bland-Altman分析結果見圖3。

GLS:Global longitudinal strain;GCS:Global circumferential strain;ENDO:Endocardial;MID:Mid-layer;EPI:Epicardial.

圖2應變參數預測CSF左室收縮功能的ROC曲線
Fig2TheROCcurveofstrainparameterstopredicttheleftventricularsystolicfunctionofCSF

討 論

CSF是指在冠狀動脈造影時出現末端冠狀動脈血管顯影延遲的現象,其檢出率為1%～7%[5-6]。盡管其冠狀動脈正常或接近正常且僅表現為血流緩慢,在臨床中仍有很多CSF患者表現出不同形式的心肌缺血,如不穩定性心絞痛、室性心動過速、心肌梗死等,生活質量受到嚴重影響。因此,早期診斷出CSF對準確制定治療方案和改善預后具有重要的臨床意義。但由于心電圖和常規超聲心動圖識別CSF時特異性和敏感性較低,檢查結果常為陰性,故臨床漏診率較高[7-8]。在本研究中,CSF組與對照組之間的常規超聲心動圖參數(IVSTd、LVPWTd、LVEDV、LVESV、LVSV、LVEF)差異同樣無統計學意義,這可能與早期缺血程度較輕,導致的左室壁收縮活動異常難以被檢查者肉眼發現有關。

SD:Standard deviation;GLS:Global longitudinal strain;GCS:Global circumferential strain;ENDO:Endocardial;MID:Mid-layer;EPI:Epicardial.

圖3觀察者內和觀察者間GLS和GCS的Bland-Altman圖
Fig3Bland-Altmananalysisforintra-observerandinter-observerreliabilityofGLSandGCS

2D-STE無角度依賴性,可通過識別和追蹤不同心動周期內心肌組織的形變信息評價心肌收縮功能,它不僅可以定量評價心肌縱向、環向及徑向運動,還可以通過分析左室心肌分層應變[9],定量評估左室各層心肌收縮功能。本研究通過比較2D-STE獲取的2組間左室心肌分層應變參數發現,與對照組相比,CSF組左室3層心肌GLS和△GLS的降低差異具有統計學意義,其中心內膜下層心肌GLS和△GLS降低最為顯著;而兩組間左室3層心肌GCS及△GCS相比,CSF組僅較對照組有減低趨勢,但差異無統計學意義。心肌缺血時最先影響心內膜下層,隨著病變及缺血程度加重,將逐漸由內向外累及至中層及心外膜下層心肌。研究證實呈螺旋形排列的心內膜下心肌與心肌縱向應變有關,呈環形排列的中層心肌影響心肌環向應變,故當缺血程度較輕縱向應變受損減低時,環向應變可能仍保持正常,即心肌缺血時心肌縱向應變異常早于環向應變,是更為敏感的評估指標[10]。因此,對于臨床中具有典型或不典型胸痛癥狀而冠狀動脈造影檢查結果正常的早期CSF患者,可通過檢測左室心內膜下層GLS及△GLS是否減低協助評估左室收縮功能。

此外,由于不同心肌層心肌纖維排列和走向存在差異,導致收縮時左室3層心肌的縱向應變和環向應變都存在一定的跨壁梯度,即心內膜下層>中層>心外膜下層[11]。本研究中,CSF組這一跨壁應變梯度特征仍然存在,GLS和GCS在心內膜層仍保持最大,但△GLS顯著低于對照組,其原因可能是由于正常情況下,心內膜下心肌收縮以及室壁增厚幅度都較心外膜下層大[12-13],且承受更大的室壁張力以及做功量,對氧的需求量更高,因此心內膜下心肌對早期細微缺血更為敏感[14],心肌受損程度也更為嚴重,故降低最早、最明顯的是心內膜下層GLS;同時,為彌補心內膜下心肌受損所造成的心肌收縮活動減弱,心外膜下心肌增加自身做功以維持心肌收縮力可能也起到一定作用[15]。此時,心外膜層GLS可能保持不變甚至輕度增加,這兩方面因素共同導致CSF組的△GLS明顯降低。本研究ROC曲線分析結果也顯示了左室GLS及3層心肌△GLS對于CSF具有診斷效力,其中△GLS的AUC最大,診斷準確性最高。而Wang等[16]研究認為,CSF組的△GLS雖也較對照組降低,但未達到統計學差異,這一結果可能與兩項研究中選取的CSF組患者各節段心肌病變程度、冠狀動脈血流幀數以及受累冠狀動脈分支分布不同而導致獲取的左室心內膜下層與心外膜層心肌GLS的降低程度存在差異有關。

本研究的不足在于由于當前分析軟件尚不能分析左室3層心肌徑向分層應變,故只對左室3層心肌GLS和GCS進行了分析,目前對短軸心尖水平尚無確切定義且病例組樣本量較少,分析圖像時容易受主觀及檢測機器影響,研究結果可行性有待更大規模的樣本量進一步證實。

綜上所述,2D-STE可通過評估心肌分層應變識別 CSF患者左室各層心肌收縮功能的受累程度。在心肌分層應變各個相關指標中,左室心內膜下層GLS及△GLS最為敏感,其中△GLS甄別CSF患者左室心肌早期收縮功能異常的準確性較高,具有較好的臨床應用前景。